ENERGIAS RENOVABLES

1. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
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INFLUENCIA DEL ESTADO DE LA REJILLA Y CÁMARA DE
COMBUSTIÓN EN EL DESEMPEÑO DE LA COCINAS MEJORADAS
MODELOS INKAWASI
José Humberto Bernilla – jose.bernilla@giz.de
jhuberc@hotmail.com
Carlos Cabezudo Moreno – carlos.cabezudo@giz.de
ccabezudom@hotmail.com
Ana Moreno Morales - ana.moreno@giz.de
sinfi89@gmail.com
Proyecto Energía Desarrollo y Vida de la Cooperación Alemana en el Perú
Resumen
El estudio presenta los resultados del grado de influencia que existe entre el deterioro de la rejilla y cámara de
combustión en el desempeño de 03 modelos de cocina Inkawasi1.
Para ell se realizó un ensayo destructivo a las rejillas
y cámaras de combustión. Se aplicó 9 pruebas de ebullición de agua (WBT 4.2.2.)2
a cada modelo, realizándose un
total de 27 pruebas WBT.
Los modelos de cocinas se diferencian por el tipo de material del que están hechas la cámara de combustión. En la
Inkawasi Uk la cámara de combustión está compuesta por arcilla refractaria. La Inkawasi Tawa de ladrillo pastelero
con pandereta y la Inkawasi Pichqa de ladrillo pandereta mecanizado
Los resultados muestran que el deterioro total de la rejilla afecta negativamente en el ahorro de leña en los modelos
Tawa y Pichqa. En el caso del deterioro parcial o total de la cámara de combustión, tienen poca influencia en el
ahorro de leña. Con excepción del modelo Pichqa que la afecta negativamente. En cambio, el deterioro total de la
rejilla y la cámara de combustión del modelo Uk, no le afecta negativamente en el ahorro de leña.
Palabras – Clave: Cocinas mejoradas, desempeño de las cocinas, ahorro de leña, deterioro de partes de cocinas
mejoradas
1. INTRODUCCIÓN
En el ámbito mundial cerca de la mitad de la población -más de 3 mil millones de personas3–
, dependen de
combustibles sólidos para cocinar sus alimentos, hervir el agua y calentar sus hogares; para ello utilizan fuegos abiertos
o cocinas rudimentarias en las que queman biomasas como la leña, el estiércol y los residuos de cosechas. En el Perú,
aproximadamente 2.4 millones de hogares utilizan biomasa para cocinar sus alimentos y producen alrededor 16.000 (kt)
de CO2
, que representa el 33% de la emisión total que produce el país.
La complicación con esta práctica radica en que la tecnología utilizada –fogones tradicionales- no es adecuada
para realizar la cocción de alimentos de forma eficiente, segura y salubre; por tanto, impacta negativamente las
condiciones socioeconómicas y ambientales de la población que las utiliza a diario –especialmente las más excluidas y
que conforman la base de la pirámide-. Estos efectos causados por los fogones tradicionales se deben a la polución
intradomiciliaria que genera y que se manifiesta en una serie de afecciones a la salud, razón por la cual es catalogada
por la OMS como la cuarta causa de amenazas serias en este aspecto; y la ineficiencia energética que impide aprovechar
al máximo el potencial de la biomasa y/o distribuir eficientemente el calor generado, aspectos que afectan la economía
familiar, la carga a los bosques –por extracción de leña- y la generación de gases de efecto invernadero.
1
Modelos de cocina Inkawasi Uk, Tawa y Pichqa,
2
WBT por sus siglas en inglés. La prueba de Ebullición de Agua es una simulación simple del proceso de cocción con la finalidad de medir cuan
eficiente es una estufa en utilizar combustible para calentar el agua en una olla y la cantidad de emisiones producidas durante el proceso
http://community.cleancookstoves.org/files/405
3 En el caso de América Latina se calcula que más de 18 millones de personas utilizan combustibles sólidos para cocinar. Información generada
tomando como base el informe de OMS(2007), Energía doméstica y salud: combustibles para una vida mejor. Datos publicados en el documento
“Propuesta para la formación de la Alianza Latinoamericana para Cocinas Mejoradas”.

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En ese sentido, existe una nueva tecnología para reemplazar a las cocinas tradicionales, se trata de las cocinas
mejoradas cuyo objetivo central es la reducción de la emisión de humo dentro del ambiente donde se preparan los
alimentos y la reducción en el uso de biomasa.
Con la instalación de las cocinas mejoradas en muchos hogares del Perú, entre los beneficios de mayor impacto
que se ha logrado en las familias, es la percepción de progreso, mejora en la salud, ahorro en tiempo (cocinar alimentos)
y dinero (menor gasto en la adquisición de la leña). Otro resultado importante es la reducción de quema de biomasa,
cuya reducción es entre 40% a 60%, dependiendo del tipo de cocina.
Este trabajo tiene como objetivo evaluar el grado de influencia de los estados de la rejilla y la cámara de
combustión en el desempeño de 3 modelos de cocinas mejoradas Inkawasi (Uk, Tawa y Pichqa) aplicando la prueba
WBT 4.2.2
2. METODOLOGÍA, INSTRUMENTOS Y PROCEDIMIENTOS
Se construyeron tres cocinas mejoradas: El modelo Inkawasi Uk, modelo Inkawasi Pichqa y el modelo Inkwasi
Tawa. Los modelos se diferencian por el tipo de material del que están hechas la cámara de combustión. La Inkawasi
Uk está compuesta por 7 piezas de arcilla refractaria de producción artesanal. La Inkawasi Tawa consta de 9 ladrillos
pandereta y 5 ladrillos pasteleros, al momento de la instalación las piezas son acopladas con alambre de amarre N°16.
Mientras que el modelo Pichqa está compuesta exclusivamente de 17 ladrillos pandereta y acoplado con barro mejorado
(ver figura 1).
Figura N° 1 corte trasversal de las cocinas mejoradas utilizadas en la pruebas de WBT 4.2.2.
Para conocer la influencia del estado de la rejilla y la cámara de combustión en el desempeño de las cocinas, se
realizaron combinaciones del estado de la rejilla y la cámara de combustión y se aplicó la prueba WBT 4.2.2 a cada
combinación. Realizándose un total de 27 pruebas por modelo de cocina. (Ver cuadro 1). En total se hicieron 81
pruebas de WBT
Cuadro N° 1 Pruebas de WBT en una cocina mejorada según estados de las partes
Cámara de combustión
Estados de las partes Buen estado
Parcialmente
deteriorada
Totalmente
deterioradas
Rejilla
Buen estado 3 pruebas de WBT 3 pruebas de WBT 3 pruebas de WBT
Parcialmente
deteriorada
3 pruebas de WBT 3 pruebas de WBT 3 pruebas de WBT
Totalmente
deteriorada
3 pruebas de WBT 3 pruebas de WBT 3 pruebas de WBT

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El deterioro de la partes se realizó a través de procesos destructivos en laboratorio. Se definieron los siguientes
estados:
Cuadro N° 2 Estados de la rejilla
Cuadro N° 3 Estados de la cámara de combustión
La prueba WBT 4.2.2 evalúa el desempeño de la cocina mejorada al completar una tarea estándar (hervir agua y
cocer a fuego lento) en un ambiente controlado y determina su eficiencia de transferencia de calor y el consumo
especifico de combustible a baja potencia.
Estados de la rejilla
Buena
Rejilla con las patas de apoyo
íntegros y a lo máximo con
una barra desgastada por
corrosión por efecto de la alta
temperatura (15% de barras
de soporte de leña están
deterioradas)
Parcialmente deteriorada
Rejilla con patas de apoyo con
inicios de desgaste por corrosión
y deterioro de las barras de
soporte de leña entre el 15 al
45%)
Totalmente deteriorada
Rejilla con 2 barra de apoyo
totalmente desgastado y con
desgaste por corrosión de las
barras de soporte de leña mayor
al 45%.No oxigena por debajo a
la leña (similar a no tener
rejilla).
Estados de la cámara de combustión
Buena
Reúne las especificaciones
técnicas recomendadas en el
expediente técnico.
Parcialmente deteriorada
Ha sufrido cambios geométricos
producto de las tensiones
térmicas en el área de la entrada
de leña y al menos dos caras de
la zona de fuego están fisuradas,
Totalmente deteriorada
Al menos 1 cara se encuentra
totalmente rajada y la abertura
de entrada de leña ha sufrido
gran desgaste hacia los
costados.

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Es un método simple con el cual las cocinas fabricadas en diferentes lugares y con diferentes aplicaciones de
cocción pueden ser comparadas a través de una prueba estandarizada y replicable. Además nos indica el rendimiento
técnico de una cocina, pero no es necesariamente lo que se puede lograr en los hogares reales.
Para el recojo de información se utilizó:
Planilla de recolección de datos WBT 4.2.2: es un instrumento que permite tomar nota de todas las mediciones
realizadas durante la prueba.
Hoja de cálculo del WBT4.2.24: instrumento que sirve para calcular y analizar las variables medidas.
Los equipos utilizados para efectuar las pruebas del rendimiento de la cocina se especifican en el cuadro N° 4.
Cuadro N° 4 Equipos utilizados en la prueba de ebullición de agua - WBT
Nombre del equipo Especificaciones técnicas
N° de
equipo
Balanza digital De capacidad de 6kg resolución de 0.001kg 1
Termómetro digital
Con precisión de 1ºC, con termocupla de inmersión en
líquidos.
1
Cronómetro Digital, con precisión de 1/100 s. 1
Ollas de aluminio Número 26, capacidad mayor a 6L 2
Bandeja de metal Con capacidad mínima de 2 litros de agua 1
Pinzas De latón 12cm. para manipular carbón 1
Espátula 50cm de largo con mango de madera. 1
Guantes Con protección térmica 1
Para la comparación se realizaron pruebas de WBT 4.2.2 a un fogón de tres piedras proporcionados por el
laboratorio de Sencico .Los resultados se muestran en el cuadro N° 5
Cuadro N° 5 Equipos utilizados en la prueba de ebullición de agua – WBT
Medidas de desempeño Unidades test 1 test 2 test 3 Promedio
Eficiencia térmica en alta potencia % 10.1% 10.1% 8.9% 9.68%
Consumo especifico de
combustible a baja potencia
Mj/(min∙l) 0.144 0.147 0.133 0.141
Consumo total de leña G 4838 4866 5240 4981.33
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http://community.cleancookstoves.org/files/411

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3. RESULTADOS
Rejilla
El deterioro total de la rejilla afecta negativamente en el ahorro de leña en los modelos Tawa y Pichqa. Según la
figura N° 1 la rejilla se utiliza para colocar la leña y como entrada del oxígeno para una mejor combustión. Esto explica
el efecto negativo que ocasiona la rejilla totalmente deteriorada.
Cámara de combustión
El deterioro parcial o total de la cámara de combustión, tiene poca influencia en el ahorro de leña, con excepción
del modelo Pichqa que la afecta negativamente.
En el modelo Pichqa, la cámara de combustión está compuesta de ladrillo pandereta mecanizado. El grado de
aislamiento es menor al de los otros dos modelos5 (ver figura N°1). Cuando se deteriora totalmente algunos ladrillos
presenta fuga de calor en sentido lateral. Razón por la cual disminuye los valores de eficiencia a menos de 30% en
ahorro de leña.
En la Tawa la composición de la cámara de combustión, por el lado en donde se produce la combustión, es de
ladrillo pastelero (ver figura 1). En el caso de la UK es de arcilla refractaria (ver figura 1). Ambas cámaras están
acopladas con alambre N° 16. Y están aisladas térmicamente con ceniza. Por ello al estar parcial o totalmente
deteriorada (rajada) en cualquiera de sus lados la ceniza no se desplaza al interior de la cámara, manteniéndose el
aislamiento térmico. Por ello el ahorro de leña es mayor al 30%.
En el caso del modelo Uk, en todos los estados de la rejilla y cámara de combustión, siempre es eficiente. Se debe,
además de lo explicado líneas arriba, a su composición estructural. Como se aprecia en la figura 1, esta cuenta con una
abertura para el suministro de leña y otra para la ceniza. Al momento que la cámara de combustión se deteriora
totalmente la leña se soporta en la cuña de ladrillo la que cumple la función de la rejilla.
Cuadro N° 6 Resultados de prueba WBT realizado a los tres modelos Inkawasi y estados de la rejilla y cámara de
combustión
Cámara de combustión
Buen estado Parcialmente deteriorada Totalmente deteriorada
Estados de
las partes
Uk Tawa Pichqa UK Tawa Pichqa Uk Tawa Pichqa
Rejilla
Buen estado 43.68% 38.06% 33.97% 44.20% 39.03% 38.61% 36.50% 38.91% 32.03%
Parcialmente
deteriorada
42.90% 34.17% 30.00% 41.83% 40.34% 33.67% 35.00% 31.42% 28.80%
Totalmente
deteriorada
36.45% 25.27% 21.40% 38.77% 28.04% 25.51% 37.07% 26.62% 18.60%
4. CONCLUSIONES
Los resultados de la prueba de ebullición de agua (WBT) nos indica que cuando la rejilla movible de los modelos
Tawa y Pichqa están totalmente deterioradas afectan negativamente en el ahorro de leña. Cae por debajo del 30% con
respecto al fogón.
En el caso de cocina Inkawasi Uk el deterioro de la rejilla y cámara de combustión no afecta negativamente en el
ahorro de leña. Esto se debe a un tema estructural de la abertura de suministro de leña. En las cocinas modelo Tawa y
5
No lleva ceniza alrededor de la cámara.

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Picha (y en otros modelos Inkawasi) la leña se soporta en la rejilla movible a diferencia de la Uk, que lo hace en una
cuña de ladrillo la que cumple la función de una rejilla. Por ello cuando la rejilla de este modelo se deteriora
completamente sigue funcionando de manera eficiente.
El deterioro de la cámara de combustión influye en el desempeño de la cocina, pero en menor implicancia que la
rejilla.
En las pruebas realizadas con rejillas totalmente deterioradas fue difícil mantener el fuego a máxima potencia y fue
necesario un monitoreo más riguroso.
A medida que las cámaras fueron deterioradas, se notó durante las pruebas mayor concentración de contaminantes
en el ambiente.
5. RECOMENDACIONES
Identificar materiales alternativos disponibles en el mercado para la elaboración de la rejilla que tenga un periodo
de vida útil más prolongado
Considerar en el diseño de la cámara de combustión, un suministro de aire primario más homogéneo y turbulento
para optimizar la combustión de la leña
Considerar en el diseño de la cámara de combustión una inyección de aire secundario con el fin de incrementar la
temperatura de los gases de combustión.
Probar una cocina mejorada cambiando las dimensiones de la chimenea para medir la influencia del tiro en el
desempeño de la misma.
Agradecimientos
El presente trabajo “Influencia del estado de la rejilla y cámara de combustión en el desempeño de la cocinas mejoradas
modelos Inkawasi fue posible gracias al Proyecto Energía Desarrollo y Vida de la Cooperación Alemana en el Perú
.
REFERENCIAS
Análisis de la eficiencia en calderas (n.d.). Recuperado el 13 de agosto de 2013 desde
http://www.thermal.cl/prontus_thermal/site/artic/20110602/asocfile/20110602102250/articulo___eficiencia_en_ca
lderas.pdf
Aprovecho Research Center, 2014, Disponible en: http://community.cleancookstoves.org/files/405. Recuperado el 20 de
julio del 2013.
Ensayos destructivos (n.d.). Recuperado el 12 de agosto de 2013 desde
http://materias.fi.uba.ar/7201/ENSAYOS%20DESTRUCTIVOS.pdf
Manual de eficiencia térmica (n.d). Recuperado el 12 agosto de 2013 desde
http://ucatee.cnpml.org.sv/UCATEE/UCATEE/docs/ManualVersionElectronicaUCATEE.pdf